數(shù)字化PWM逆變系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用.pdf

1、高頻全控型電力電子器件和高性能DSP控制器的問世，使PWM 逆變系統(tǒng)的數(shù)字控制成為當(dāng)今電力電子技術(shù)的熱門研究領(lǐng)域。先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用可以提高PWM 逆變系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)改善系統(tǒng)的動穩(wěn)態(tài)等性能，便于系統(tǒng)的優(yōu)化升級和產(chǎn)品化。PWM 逆變系統(tǒng)向著數(shù)字化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展，本文針對數(shù)字化PWM 逆變系統(tǒng)，研究和開發(fā)系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供理論依據(jù)和實(shí)現(xiàn)途徑。
　　 (1)研究了數(shù)字化PW

2、M 逆變系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢；從數(shù)字化PWM 逆變系統(tǒng)的波形控制、脈寬調(diào)制與系統(tǒng)控制的角度，深入研究了逆變控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)；闡述了項(xiàng)目的研究背景和作者所承擔(dān)的開發(fā)任務(wù)。
　　 (2)對于數(shù)字化單相PWM 逆變器，將其主電路分為逆變橋單元和輸出濾波單元，分別建立二者的數(shù)學(xué)模型。逆變橋單元和PWM 產(chǎn)生過程等效為一個(gè)增益恒定的放大器，建立了輸出濾波單元的連續(xù)時(shí)間、離散時(shí)間模型，對LC 濾波參數(shù)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)。對于數(shù)字

3、化三相PWM 逆變器，分別建立了基于三相靜止abc坐標(biāo)系模型、基于坐標(biāo)變換αβ坐標(biāo)系模型和基于同步旋轉(zhuǎn)dq 坐標(biāo)系模型，三相濾波單元可通過坐標(biāo)變換解耦為兩個(gè)單相濾波單元，因而單相PWM 逆變器的研究方法和結(jié)論都可應(yīng)用于三相PWM 逆變器。為便于對逆變系統(tǒng)控制算法進(jìn)行仿真研究，建立了單相和三相PWM 逆變器的Matlab仿真電路模型。
　　 (3)針對逆變系統(tǒng)負(fù)載適應(yīng)性能不強(qiáng)、動靜態(tài)性能不佳的特點(diǎn)，深入研究了幾種實(shí)用型逆變波形復(fù)合

4、控制策略。通過算法理論推導(dǎo)及分析，給出了各種復(fù)合控制策略的實(shí)現(xiàn)方法并做了相應(yīng)的仿真研究；對各種策略的特點(diǎn)和特性進(jìn)行分析和比較。針對逆變系統(tǒng)，提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)模原理的逆變波形控制策略，建立了系統(tǒng)的正模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)?？刂破鳎行У奶岣吡讼到y(tǒng)的逆變波形質(zhì)量和負(fù)載適應(yīng)性。
　　 (4)從載波調(diào)制和空間矢量調(diào)制的角度對單相和三相逆變系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了深入研究。對于單相逆變系統(tǒng)，分析了采樣型SPWM 技術(shù)，給出了一種脈沖二重化數(shù)

5、字SPWM 技術(shù)，在相同載波頻率下獲得較普通SPWM 低兩倍諧波的波形。通過引入單相逆變系統(tǒng)“線電壓”的概念，實(shí)現(xiàn)了單相SVPWM 技術(shù)，研究結(jié)果證明了單相SVPWM 與載波PWM的統(tǒng)一性。對于三相逆變系統(tǒng)，將單相脈沖多重化SPWM 實(shí)現(xiàn)方法推廣到三相系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三相數(shù)字SPWM 技術(shù)；研究了三相SVPWM 技術(shù)的原理及實(shí)現(xiàn)方法；通過對兩電平以及多電平載波PWM和SVPWM兩類調(diào)制技術(shù)的對比研究，證明了三相SVPWM 與載波PWM的統(tǒng)一性。

6、研究表明SVPWM 通過在載波PWM 調(diào)制中迭加適當(dāng)?shù)牧阈蚍至繉?shí)現(xiàn)，SVPWM通過對載波調(diào)制信號注入零序信號與載波PWM 相統(tǒng)一。
　　 (5)針對逆變系統(tǒng)控制與功能實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)分析研究了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II 平臺下的軟件鎖相控制算法。以逆變電源為例，實(shí)現(xiàn)了μC/OS-II 在LF2407A上的移植；對系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)劃分和實(shí)現(xiàn)調(diào)度；推導(dǎo)了基于同步調(diào)制和基于異步變頻調(diào)制的軟件鎖相控制算法。利用LF2407A 微處理器，分

7、別給出了兩種軟件鎖相控制算法的DSP 實(shí)現(xiàn)方法，解決了旁路/逆變輸出切換時(shí)對系統(tǒng)和負(fù)載的沖擊問題和EPS 在系統(tǒng)斷電情況下快速起動、快速切換的問題。
　　 (6)應(yīng)用數(shù)字化PWM 逆變系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)，研制高性能環(huán)保節(jié)能型數(shù)字化逆變電源系列定型產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化升級換代，提高產(chǎn)品的性價(jià)比。本文重點(diǎn)針對一款70kW數(shù)字化三相EPS 新產(chǎn)品的研制工作，從控制關(guān)鍵技術(shù)算法的實(shí)現(xiàn)思想、核心硬件模塊開發(fā)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面闡述數(shù)字化EPS系

8、統(tǒng)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新。數(shù)字化逆變系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)解決了控制精度、跟蹤速度和逆變輸出的切換時(shí)間、轉(zhuǎn)換效率等核心技術(shù)問題，整機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)到達(dá)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求和預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，目前該機(jī)型已作為2010年新產(chǎn)品投入市場應(yīng)用。
　　 數(shù)字化PWM 逆變系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)，逆變波形復(fù)合控制策略提高了逆變波形質(zhì)量、系統(tǒng)動靜態(tài)特性和負(fù)載適應(yīng)性；脈寬調(diào)制技術(shù)解決了逆變系統(tǒng)逆變控制問題，簡化了逆變算法，提高了逆變效率；軟件鎖相控制算法解決了EPS 旁路/逆變輸